Kā elektroenerģiju ražo termoelektrostacijā (koģenerācijas stacija)

Termoelektrostacijas ir sadalītas stacijās:

• pēc dzinēja tipa — tvaika turbīna, gāzturbīna, ar iekšdedzes dzinējiem;

• pēc kurināmā veida — ar cieto organisko kurināmo (ogles, malka, kūdra), šķidro kurināmo (nafta, benzīns, petroleja, dīzeļdegviela), kas darbojas ar gāzi.

Termoelektrostacijās sadedzinātā kurināmā enerģija tiek pārvērsta siltumenerģijā, ko izmanto ūdens sildīšanai katlā un tvaika ražošanai. Tvaika enerģija darbina tvaika turbīnu, kas savienota ar ģeneratoru.

Termoelektrostacijas, kurās elektrības ražošanai pilnībā izmanto tvaiku, sauc par kondensācijas elektrostacijām (CES). Jaudīgie IES atrodas netālu no kurināmā ražošanas zonām, attāli no elektroenerģijas patērētājiem, tāpēc elektroenerģija tiek pārvadīta ar augstu spriegumu (220 — 750 kV). Elektrostacijas būvē blokos.

Pilsētās plaši tiek izmantotas koģenerācijas elektrostacijas jeb koģenerācijas stacijas (CHP).Šajās elektrostacijās turbīnā daļēji izsmeltais tvaiks tiek izmantots tehnoloģiskām vajadzībām, kā arī apkurei un karstā ūdens sagatavošanai dzīvojamo māju un komunālajos saimniecības. Vienlaicīga elektroenerģijas un siltuma ražošana samazina elektroenerģijas un siltuma piegādes izmaksas salīdzinājumā ar atsevišķu elektroenerģijas un siltuma ražošanu.

Termoelektrostacijas izmanto siltumu, kas rodas, sadedzinot fosilo kurināmo, piemēram, naftu, gāzi, ogles vai mazutu, lai no ūdens ražotu lielu daudzumu augstspiediena tvaika. Kā redzat, tvaiks šeit, neskatoties uz to, ka darbojas kā dzesēšanas šķidrums no tvaika dzinēju vecuma, joprojām lieliski spēj pagriezt turbīnas ģeneratoru.

Tvaiks no katla tiek padots uz turbīnu, ar vārpstu savienots ar trīsfāzu maiņstrāvas ģeneratoru. Turbīnas rotācijas mehāniskā enerģija tiek pārvērsta ģeneratora elektriskajā enerģijā un tiek pārraidīta patērētājiem ar ģeneratora spriegumu vai paaugstinājuma spriegumu, izmantojot paaugstināšanas transformatorus.

Pievadītā tvaika spiediens turbīnā ir aptuveni 23,5 MPa, savukārt tā temperatūra var sasniegt 560 ° C. Un ūdens tiek izmantots termoelektrostacijā tieši tāpēc, ka to silda ar šādām stacijām raksturīgo fosilo organisko kurināmo, kura rezerves atrodas mūsu planētas dzīlēs joprojām ir diezgan lieli, lai gan tie dod milzīgu mīnusu kaitīgo izmešu veidā, kas piesārņo vidi.

Tātad turbīnas rotējošais rotors šeit ir savienots ar milzīgas jaudas (vairāki megavati) turbīnas ģeneratora armatūru, kas galu galā ģenerē elektroenerģiju šajā termoelektrostacijā.

Energoefektivitātes ziņā termoelektrostacijas pārsvarā ir tādas, ka tajās siltuma pārvēršana elektroenerģijā tiek veikta ar aptuveni 40% efektivitāti, savukārt ļoti liels siltuma daudzums sliktākajā gadījumā vienkārši tiek izmests vidē un sliktākajā - labākajā gadījumā uzreiz tiek piegādāts apkurei un karstajam ūdenim, ūdens padevei tuvējiem patērētājiem. Tātad, ja elektrostacijā izdalītais siltums tiek nekavējoties izmantots siltumapgādei, tad šādas stacijas efektivitāte kopumā sasniedz 80%, un staciju sauc par termoelektrostaciju jeb TES.

Visizplatītākā termoelektrostacijas ģeneratora turbīna uz tās vārpstas satur vairākus riteņus ar lāpstiņām, kas izvietotas divās atsevišķās grupās. Tvaiks zem augstākā spiediena, kas tiek izvadīts no katla, nekavējoties nonāk ģeneratora bloka plūsmas ceļā, kur tas pagriež pirmo lāpstiņu lāpstiņriteņu komplektu. Turklāt tas pats tvaiks tiek tālāk uzkarsēts tvaika sildītājā, pēc tam tas nonāk otrajā riteņu grupā, kas darbojas ar zemāku tvaika spiedienu.

Rezultātā turbīna, kas savienota tieši ar ģeneratora rotoru, veic 50 apgriezienus sekundē (ar atbilstošo frekvenci griežas arī armatūras magnētiskais lauks, kas šķērso ģeneratora statora tinumu). Lai ģenerators ekspluatācijas laikā nepārkarstu, stacijā ir ģeneratora dzesēšanas sistēma, kas neļauj tam pārkarst.

Termoelektrostacijas katla iekšpusē ir uzstādīts deglis, uz kura tiek sadedzināta degviela, veidojot augstas temperatūras liesmu. Piemēram, ogļu putekļus var sadedzināt ar skābekli.Liesma aptver lielu sarežģītas konfigurācijas caurules laukumu, caur kuru plūst ūdens, kas sildot kļūst par tvaiku, kas zem augsta spiediena izplūst ārā.

Ūdens tvaiki, kas izplūst zem augsta spiediena, tiek padoti uz turbīnas lāpstiņām, nododot tai savu mehānisko enerģiju. Turbīna griežas, un mehāniskā enerģija tiek pārveidota par elektrisko enerģiju. Pārvarot turbīnu lāpstiņu sistēmu, tvaiks tiek novirzīts uz kondensatoru, kur, nokrītot uz caurulēm ar aukstu ūdeni, tas kondensējas, tas ir, atkal kļūst par šķidrumu - ūdeni. Šādu termoelektrostaciju sauc par kondensācijas elektrostaciju (CES).

Koģenerācijas stacijās (CHP), atšķirībā no kondensācijas elektrostacijām (CES), ir sistēma siltuma iegūšanai no tvaika pēc tam, kad tas ir izgājis cauri turbīnai un jau ir veicinājis elektroenerģijas ražošanu.

Tvaiks tiek ņemts ar dažādiem parametriem, kas ir atkarīgs no konkrētās turbīnas veida, kā arī tiek regulēts no turbīnas ņemtā tvaika daudzums. Siltuma ražošanai paņemtais tvaiks tiek kondensēts tīkla katlos, kur tas atdod savu enerģiju tīkla ūdenim, un ūdens tiek sūknēts uz karstā ūdens pīķa katliem un siltuma punktiem. Turklāt ūdens tiek piegādāts apkures sistēmai.

Ja nepieciešams, siltuma ieguvi no tvaika termoelektrostacijā var pilnībā atslēgt, tad koģenerācijas stacija kļūs par vienkāršu IES. Tādējādi termoelektrostacija spēj darboties vienā no diviem režīmiem: termiskajā režīmā — kad prioritāte ir siltuma ražošana, vai elektriskajā režīmā — kad prioritāte ir elektrība, piemēram, vasarā.